Как (или когда) глюоны меняют цвет кварка?

Я знаю, что барион стабилен только тогда, когда он содержит кварк каждого цвета. Насколько мне известно, глюон существенно меняет цвет кварка и переходит к следующему, и именно это удерживает частицы вместе. Но в процессе движения глюона от одного кварка к другому, не будет ли у бариона два кварка одного цвета, что сделает его нестабильным? Или глюон движется мгновенно, или барион недостаточно нестабилен, чтобы распасться до того, как глюон достигнет следующего кварка? Или... как на самом деле работает этот процесс?

Ответы (3)

Идея о том, что барионы содержат три кварка, является ошибочным чрезмерным упрощением . Это работает для некоторых целей, но в данном случае вызывает больше путаницы, чем пользы. Так что вы должны перестать думать о барионах как о группах из трех кварков и начать думать о них как о возбуждениях в квантовых полях — и, в частности, о возбуждениях во всех квантовых полях одновременно. Кварковые поля, глюонные поля, фотонные поля и все такое. Эти возбуждения распространяются через пространство-время и преобразуются друг в друга по мере продвижения, а в барионе распространение и взаимное преобразование поддерживают друг друга, так что барион может какое-то время существовать как когерентная частица.

Одним из условий, требуемых для всех этих возбуждений в полях, является то, что они должны быть цветовыми синглетами, что является версией сильного взаимодействия без заряда. Этому есть простое интуитивное объяснение: так же, как электрически заряженная частица будет стремиться притягивать противоположно заряженные частицы, образуя нейтральные композиты (например, протоны и электроны притягиваются друг к другу, образуя атомы), что-то, что имеет заряд, связанный с сильным взаимодействием (цвет заряд) будут притягивать другие цветные заряженные частицы, образуя нейтральные композиты (цветовые синглеты).

Теперь, если бы у вас буквально было только три кварка, единственный способ сделать их цветным синглетом — сделать один красным, одним зеленым и одним синим. 1 (Или эквиваленты антицвета.) Но со всеми сложными возбуждениями, из которых состоит барион, существуют всевозможные способы сделать синглет цвета. У вас может быть три красных кварка, глюон с зеленым антикрасным и глюон с синим антикрасным. Или два красных кварка, два зеленых кварка, антисиний антикварк, сине-антикрасный глюон и сине-антизеленый глюон. Или так далее; возможности буквально безграничны.

Дело в том, что на самом деле вам не обязательно постоянно иметь в барионе по кварку каждого цвета. Имеет значение только общий цветовой заряд в барионе.

Учитывая это, должно показаться разумным, что глюоны меняют цвет кварков всякий раз, когда они испускаются или поглощаются, таким образом, что общий цветовой заряд остается неизменным. Например, синий кварк может поглотить зелено-антисиний глюон и стать зеленым кварком.

1 Я опускаю здесь некоторые квантово-механические детали; в частности, волновая функция цветового синглета должна быть антисимметричной линейной комбинацией, например 1 6 ( р грамм б − р б грамм + грамм б р − грамм р б + б р грамм − б грамм р ) , не просто р грамм б . Но пока вы не беспокоитесь о том , какой кварк какого цвета, для целей этого ответа можно безопасно игнорировать это.

Имеет смысл, но работает ли идея с отскоком глюонов? Я предполагаю, что для изменения цвета кварков (или даже изменения структуры бариона) потребуется глюон или что-то в этом процессе, как в вашем примере с голубым кварком и зелено-антисиним глюон. Если да, то не делает ли это идею отскока глюона неосуществимой, поскольку глюон просто поглощается, а не «отражается», так сказать?
Отражение — это просто поглощение, за которым следует излучение. Глюоны постоянно поглощаются и испускаются, так что, полагаю, можно сказать, что в некоторых случаях они отражаются.
Я уверен, что вы знаете этого Дэвида З., но этот ответ является чрезмерным упрощением того, как работает цвет. Существует восемь цветовых зарядов, а не три, и мы не можем игнорировать квантово-механические суперпозиции. Если у нас есть, скажем, красный верхний кварк, синий нижний кварк и зеленый странный кварк, это не чистый синглет. Часть его платная. Точно так же любая конкретная цветовая комбинация, такая как красный и антикрасный, не является чистым синглетом и имеет заряженный компонент.
@octonion Действительно, я знаю, что это чрезмерное упрощение, но ИМО подходит для уровня этого вопроса.
+1 за «нейтральные композиты» — отличный способ интуитивного введения цветовых синглетов по аналогии с электрическим зарядом.

Модель, о которой вы думаете, действительно рудиментарна и не может объяснить динамику квантовой хромодинамики, КХД.

В этой ссылке есть лучшее описание того, что такое протон, в рамках КХД.

введите описание изображения здесь

Возможно, вы слышали, что протон состоит из трех кварков. Действительно , вот несколько страниц , которые говорят об этом. Это ложь — ложь во спасение, но большая. На самом деле в протоне есть миллионы глюонов, антикварков и кварков. Стандартное сокращение «протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка» на самом деле является утверждением, что в протоне на два верхних кварка больше, чем верхних антикварков, и на один нижний кварк больше, чем нижних антикварков. Чтобы сделать бойкую стенографию правильной, вам нужно добавить фразу «плюс миллионы глюонов и миллионы пар кварк-антикварк». Без этой фразы взгляд на протон настолько упрощен, что вообще невозможно понять БАК .

В общем счете протон имеет нейтральный цвет, и именно огромное количество обменов глюонами создает потенциал, который удерживает три валентных кварка связанными как протон. Поскольку это квантово-динамическая структура, математика не проста и должна быть аппроксимирована решеточной КХД .

Но в процессе движения глюона от одного кварка к другому, не будет ли у бариона два кварка одного цвета, что сделает его нестабильным?

Стабильность обеспечивается бесчисленными обменами между всеми этими составляющими. Передача цвета от одного кварка/антикварка компенсируется оставшимся цветом, общий оставшийся цвет нейтрален.

как этот процесс на самом деле работает

По сути, это квантово-механический процесс, который можно представить как суммирование бесконечного числа диаграмм Фейнмана такого типа, обменивающихся глюонами .

глюонный обмен

Все цвета не меняются, добавляя нейтральный цвет для всей сумки.

Справедливости ради следует объяснить, что существуют распределения внутри протона, которые показывают существование валентных кварков, морских кварков и глюонов в партонных распределениях, но это уже другая история.

партонные распределения

Рисунок 2: Обзор распределения партонов CTEQ6M при Q = 100 ГэВ.

Усиление больших x является «доказательством» валентности верхних и нижних кварков.

На сайте LHC упоминается, что в «море кварков», из которых состоит протон, после учета всех пар кварк-антикварк вы получаете чистый результат упрощенного трехкваркового протона. Является ли это просто приближением, которое обычно работает, и если да, то почему оно такое точное, то есть почему не 0 чистых кварков или 6? И если это не приближение, то почему оно такое конкретное, учитывая невообразимое количество кварков? какое физическое свойство делает этот баланс таким точным?
@ Vedvart1 Морские взаимодействия сохраняются (кварки-антикварки)/3, «барионное число». Теоретически можно дойти до 4 валентных кварков + 1 валентный антикварк, но это вызывает эмиссию мезонов. (Я упрощаю две вещи, пренебрегая пентакварками и нарушением сохранения барионного числа, оба из которых редки, особенно при низких энергиях.)
@JG Почему тогда они сохраняют это число? Это просто что-то, что мы нашли экспериментально, что мы, по сути, принимаем как своего рода аксиому? Если есть что-то, вызывающее это, знаем ли мы, что это такое?
Да, сохранение барионного числа, сохранение заряда — это основные законы наблюдений, включенные в стандартную модель физики элементарных частиц, с рядом более эзотерических законов сохранения квантовых чисел. В модельных расчетах учитываются все законы сохранения.
@Verdvarti В дополнение к объяснению anna v, в Стандартной модели нарушение сохранения барионного числа может происходить только непертурбативно, но мы думаем, что его истинное возникновение выше, основываясь на объяснении условий Сахарова асимметрии материи-антиматерии в природе.

Короткий ответ, который полезен, когда речь идет об отдельных кварках, работает:

Глюон тоже имеет цвет. Есть 8 различных форм, соответствующих 3 цветным кваркам.

Итак, если вы начнете с пары красного и синего кварков, красный станет синим, и у вас будет два синих кварка и глюон, красный и антисиний. Затем второй кварк поглощает его, нейтрализует синее/анти-синее и остается с самим красным.

Теперь обмен между кварками происходит с виртуальными глюонами, так что не беспокойтесь об этом, заранее зная, куда он идет. Это та же самая проблема, с которой вы сталкиваетесь при объяснении того, как фотоны переносят импульс между заряженными объектами.

Не могли бы вы точно объяснить, что такое виртуальные частицы? Насколько я понял, это просто частицы процесса с одним входом и двумя выходами, независимо от причины.
Нет, я не буду обсуждать в комментариях то, что должно быть новым вопросом по физике. Но смотрите: тут уже спрашивали . Другие упоминаются и связаны оттуда.
Можно ли это объяснить как RQ + BQ >>> BQ + BQ + RABG >>> BQ + RQ? RQ = красный кварк, BQ = синий кварк, RABG = красный антисиний глюон.
@EnderLook выглядит правильно.
Как (или когда) глюоны меняют цвет кварка?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v